脊尾白蝦耐鹽堿性狀遺傳力和遺傳相關(guān)的估計*

李明棟 李吉濤 史鯤鵬 何玉英高保全 劉 萍 李 健

(1. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心 上海 201306；2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點實驗室青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實驗室 青島 266071)

脊尾白蝦(Exopalaemon carinicauda)又稱小白蝦、迎春蝦，主要分布于黃渤海淺海低鹽水域，是我國重要的中小型經(jīng)濟蝦類。脊尾白蝦為廣溫、廣鹽、廣布種，具有生長速度快、繁殖周期短、適應(yīng)能力強等優(yōu)點，現(xiàn)已成為我國沿海地區(qū)的特色養(yǎng)殖品種(李新正等,2003; 梁俊平, 2013)。我國有低洼鹽堿水域4600萬hm2，具有養(yǎng)殖潛力的鹽堿水面積可達667萬hm2，鹽堿水由于具有高pH、高碳酸鹽堿度及離子組成復(fù)雜等特點，阻礙了鹽堿水資源的充分開發(fā)利用。脊尾白蝦因環(huán)境適應(yīng)能力強，近年來在濱海型鹽堿水域養(yǎng)殖初獲成功。為進一步提高脊尾白蝦耐鹽堿能力及其鹽堿水養(yǎng)殖產(chǎn)量，對其進行種質(zhì)改良迫在眉睫。

遺傳力估計是水產(chǎn)動物選擇育種的一項基礎(chǔ)工作，主要用于研究和揭示數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律，探討選育效果。遺傳力的準確估計對正確評定育種值、制定和優(yōu)化育種方案、計算遺傳進展具有重要指導(dǎo)意義(李吉濤等, 2013)。近年來，國內(nèi)外已報道的甲殼動物抗逆性狀的遺傳參數(shù)主要集中在三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)(王正等, 2015)、日本囊對蝦(Marsupenaeus japonicus)(鄭靜靜等, 2017)、中國明對蝦(Fenneropenaeus chinensis)(董麗君, 2018; 王明珠等, 2018)等物種，其抗逆性狀主要涉及耐低鹽、耐高氨氮、耐低溫和耐高溫等。目前，關(guān)于水產(chǎn)動物耐鹽堿遺傳參數(shù)估計的研究較少，大多數(shù)研究集中于鹽堿脅迫對水生動物的影響機制，如碳酸鹽堿度對尼羅羅非魚(Oreochromis niloticu) (趙麗慧等, 2013; 趙巖等, 2016)、異育銀鯽(Carassius auratus gibelio) (沈立等, 2014)、青海湖裸鯉(Gymnocypris przewalskii) (王卓, 2013)、縊蟶(Sinonovacula constricta) (葉博等, 2019)、凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei) (楊富億等, 2008; 么宗利等,2010) 、 羅 氏 沼 蝦(Macrobrachium rosenbergii)(González-Vera et al, 2017)生長和存活的影響等方面。史為良(1981)研究發(fā)現(xiàn)，魚類中青海湖裸鯉的鹽堿適應(yīng)能力最強，其次為尼羅羅非魚、鯽魚(Carassius auratus)、瓦氏雅羅魚(Leucisus wαleckii)。另外，還有一些環(huán)境適應(yīng)性廣的甲殼類，如凡納濱對蝦、脊尾白蝦等，也是開展水產(chǎn)動物鹽堿適應(yīng)性及耐鹽堿分子生理機制研究的理想材料。

水產(chǎn)動物一般具有高繁殖的特性，因此，遺傳參數(shù)的估計方法多采用同胞分析進行估計。同胞分析所采用的方差組分估計方法，主要包括方差分析法、最小范數(shù)二次無偏估計和極大似然法(盛志廉等, 2001)。本研究通過定向交尾構(gòu)建脊尾白蝦全(半)同胞家系，利用72 h 半致死堿度進行脅迫實驗，采用方差分析法對脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力和遺傳相關(guān)進行估計，可為脊尾白蝦耐鹽堿性狀的選育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 親本材料

脊尾白蝦全(半)同胞家系構(gòu)建的親本來源于山東省日照海辰水產(chǎn)有限公司的養(yǎng)殖群體，其中，雌蝦142尾，雄蝦45尾。

1.2 實驗方法

1.2.1 親蝦定向交尾 2019 年4 月挑選性腺發(fā)育成熟的脊尾白蝦，采用1♂︰3～4♀進行定向交尾。親蝦交尾后，將抱卵雌蝦撈出，進行單獨孵化。5 月下旬，50 尾抱卵親蝦成功排幼得到子一代，即50 個全同胞家系，其中包括同一雄性親本不同雌性親本的半同胞家系42 個。

1.2.2 幼體的培育 每個家系各取300 尾Ⅰ期溞狀幼體，分別放入300 L 塑料桶進行培育，各家系培育條件一致。在幼體培育過程中，以褶皺臂尾輪蟲(Brachinonus plicatilis)和鹵蟲(Artemia sinica)為主要餌料，每天換水10%，孵育溫度為24℃，連續(xù)充氣培育至仔蝦(李吉濤等, 2013)。

1.3 鹽堿脅迫實驗

根據(jù)前期預(yù)實驗，得到脊尾白蝦72 h 半致死堿度為8.26 mmol/L，利用72 h 半致死堿度對所有家系(全同胞和半同胞)進行鹽堿脅迫實驗。每個家系隨機挑選30 尾蝦，在50 L 整理箱中暫養(yǎng)24 h。每個家系分3 組，每組10 尾，在實驗過程中各組鹽度保持一致，堿度用1 mol/L NaHCO3溶液調(diào)節(jié)，用酸堿滴定法檢測，每隔6 h 調(diào)整1 次水體堿度，保持水體碳酸鹽堿度穩(wěn)定，整個實驗周期不投喂飼料。記錄每尾個體的存活時間及生長性狀。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

對耐鹽堿性狀遺傳力的估計采用動物模型：

式中，u 為總體平均數(shù)，αi和βj分別為A 因素的第i 個水平效應(yīng)與B 因素的第j 個水平效應(yīng)，(αβ)ij為A 因素的第i 個水平、B 因素的第j 個水平時的交互作用效應(yīng)，eijk為隨機誤差。通過SPSS 軟件的一般線性模型對數(shù)據(jù)進行方差分析，全同胞資料表型變量的方差組成見表1。

因為每個雄性親本的后代數(shù)目不相等，所以需要加權(quán)矯正：

根據(jù)全同胞資料進行二因素系統(tǒng)分組方差分析可得到3 個遺傳力估計值。半同胞家系的狹義遺傳力為組內(nèi)系數(shù)的4 倍，所以父系半同胞狹義遺傳力為：

母系半同胞狹義遺傳力為：

全同胞估計的狹義遺傳力為全同胞組內(nèi)相關(guān)系數(shù)的2 倍，即：

根據(jù)全同胞資料，利用二因素系統(tǒng)分組的方差、協(xié)方差分析，估計出相應(yīng)的方差組分和協(xié)方差組分，進行遺傳相關(guān)的估計(盛志廉等, 2001)。

表1 全同胞資料表型變量的方差組成Tab.1 Analysis of variance for phenotypic variance

遺傳相關(guān)的計算公式為：

表型相關(guān)的計算公式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力估計

2.1.1 脊尾白蝦鹽堿脅迫存活時間的方差分析 每個脊尾白蝦家系經(jīng)72 h 鹽堿脅迫后，運用SPSS 軟件對其存活時間進行統(tǒng)計分析，各家系存活時間方差分析見表2。由表2 可知，對雄性親本間的存活時間進行F 檢驗，差異極顯著(P＜0.01)；對雄性親本內(nèi)雌性親本間存活時間進行F 檢驗，差異極顯著(P＜0.01)。雄性親本內(nèi)相配的雌性親本平均后代數(shù) K1=20，每個雌性親本的平均后代數(shù) K2=20、 K3每個雄性親本的后代數(shù)目 K3=47.21。

2.1.2 脊尾白蝦存活時間變量方差的分析 根據(jù)親本后代數(shù)目以及方差分析的結(jié)果，計算脊尾白蝦雄性親本、雌性親本和全同胞組分的方差見表3。

2.1.3 脊尾白蝦耐鹽堿性狀遺傳力估計 根據(jù)父系半同胞、母系半同胞以及全同胞家系的方差組分，估計脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力見表4。

表2 脊尾白蝦耐鹽堿性狀的方差分析Tab.2 Analysis of variance of survival time of E. carinicauda

表3 存活時間組成的方差組分Tab.3 Analysis of causal components of the survival time in E. carinicauda

經(jīng)t 檢驗，依據(jù)父系半同胞與母系半同胞的方差組分估計的遺傳力未達顯著水平，可認為，依據(jù)全同胞方差組分估計的遺傳力是脊尾白蝦耐鹽堿性狀遺傳力的無偏估計值。

表4 脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力及t 檢驗Tab.4 Heritability and t test of the tolerance to saline-alkali in E. carinicauda

2.2 脊尾白蝦耐鹽堿性狀與生長性狀的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)

脊尾白蝦50 日齡生長性狀與耐鹽堿性狀的協(xié)方差分析見表5。根據(jù)計算的遺傳協(xié)方差分析和表型協(xié)方差分析見表6。估計50 日齡脊尾白蝦生長性狀和耐鹽堿性狀的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)見表7。

通過協(xié)方差分析可知，脊尾白蝦體長與體重的相關(guān)系數(shù)為0.830～0.890，為極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，而耐鹽堿性狀與生長性狀的相關(guān)性較低，為不顯著的負相關(guān)；遺傳相關(guān)與表型相關(guān)變化一致，說明抗逆性狀與生長性狀間無顯著相關(guān)關(guān)系。

表5 表型變量的協(xié)方差分析Tab.5 Covariance analysis for components of phenotypic variance

表6 表型變量間的原因協(xié)方差組分Tab.6 Causal component of phenotypic covariance

表7 脊尾白蝦生長性狀和耐鹽堿性狀的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)Tab.7 Genetic and phenotypic correlations between growth and saline-alkali resistance traits in E. carinicauda

3 討論

生長速度快、繁殖力強、抗逆性強是水產(chǎn)動物選育的基礎(chǔ)標準，這些性狀遺傳參數(shù)的估計是制定育種計劃的依據(jù)和進行遺傳改良的基礎(chǔ)。在選育過程中，遺傳力越高的性狀，其后代重現(xiàn)性狀的可能性就高，當水產(chǎn)動物某個性狀的遺傳力大于0.4時，屬高程度遺傳力，適合個體或群體表型選擇法來選種。當水產(chǎn)動物某個性狀的遺傳力小于0.2時，后代重現(xiàn)性狀的可能性較低，適用于家系選擇或家系內(nèi)選擇(趙存發(fā)等, 2010)。多數(shù)水產(chǎn)動物都未達到高程度遺傳力的標準，李吉濤等(2013)應(yīng)用全同胞組內(nèi)相關(guān)法估計得到脊尾白蝦50日齡時體長的遺傳力為0.170～0.330，體重的遺傳力為0.140～0.330，為中度遺傳力。李祥孔等(2017)通過對已建立的牙鲆(Paralichthys olivaceus)核心群體進行性狀測試，得到牙鲆180、240和360日齡體長、體重、體高遺傳力分別為0.290～0.320、0.130～0.350和0.350～0.390，均為中度遺傳力。高保全等(2016)研究估計得到三疣梭子蟹80和120日齡生長性狀的遺傳力為0.530～0.600和0.450～0.500，屬于高度遺傳力。水產(chǎn)動物抗逆性狀的遺傳力一般較低，如九孔鮑(Haliotis diversicolor supertexta)耐低鹽遺傳力為(0.056±0.022)(蔣湘等, 2014)，屬低度遺傳力；董麗君(2018)通過對中國明對蝦3個世代進行低溫脅迫實驗，估 計 其耐 低 溫性 狀 遺傳 力 為(0.054±0.074)～(0.223±0.101)；張嘉晨等(2016)對凡納濱對蝦耐低氧性狀的遺傳力進行估計，得到其遺傳力為0.070±0.030，屬于低度遺傳力；斑節(jié)對蝦(Penaeus monodon)耐氨氮、耐低鹽性狀的遺傳力為(0.110±0.040)和(0.290±0.080)(周發(fā)林等, 2019)；中國明對蝦耐低溫性狀的遺傳力為(0.169±0.078) (王明珠等, 2018)；Charo-Karisa等(2005)估計尼羅羅非魚幼魚的耐低溫性狀的遺傳力為(0.080±0.190)，屬于低度遺傳力。王正等(2015)通過對三疣梭子蟹進行低鹽脅迫，估計Ⅱ期幼蟹耐低鹽性狀遺傳力為0.180，80日齡稚蟹的耐低鹽性狀遺傳力為0.200，均屬低度遺傳力。本研究利用全同胞組內(nèi)相關(guān)法估計脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力0.180～0.600，為中度遺傳力，與其他水產(chǎn)動物抗逆性狀的遺傳力相比較高，說明脊尾白蝦耐鹽堿能力較強，以耐鹽堿性狀作為選育指標可選育出耐鹽堿能力強的新品種。脊尾白蝦的生長性狀與耐鹽堿性狀均達到中度遺傳力，可為脊尾白蝦耐鹽堿新品種的選育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在水產(chǎn)動物育種工作中，抗逆性狀與生長性狀間的遺傳相關(guān)與表型相關(guān)參數(shù)通常用來進行輔助選擇，當通過直接選育的方法難以達到要求，或無法直接對某一性狀進行選育時，可選擇另外一個與目標性狀有高度遺傳相關(guān)的性狀來完成選育(蔣湘等, 2014)。一般水產(chǎn)動物的抗逆性狀與生長性狀之間的遺傳相關(guān)都很低。Krishna 等(2011)估計斑節(jié)對蝦體重與存活率的相關(guān)系數(shù)僅為0.050 (P＞0.05)；劉寶鎖等(2011)研究表明，大菱鲆(Scophthalmus maximus)耐高溫性狀與體重的表型相關(guān)僅為0.040，遺傳相關(guān)為–1.000；蔣湘等(2014)通過對九孔鮑家系進行低溫脅迫實驗，得到其殼長、殼寬、體重與耐低鹽性狀的表型相關(guān)為–0.040～0.156，遺傳相關(guān)系數(shù)為–0.030～0.140，呈不顯著負相關(guān)關(guān)系；日本囊對蝦耐低溫性狀與生長性狀之間的表型相關(guān)系數(shù)為(0.043±0.054)～(0.126±0.046)，遺傳相關(guān)系數(shù)為(0.100±0.442)～(0.159±0.441)，均為低度正相關(guān)(鄭靜靜等, 2017)。本研究發(fā)現(xiàn)，脊尾白蝦耐鹽堿性狀與生長性狀的表型相關(guān)和遺傳相關(guān)系數(shù)分別為0.033～0.127 和–0.401～0.196，與以上研究結(jié)論一致。因此，在脊尾白蝦選育過程中，可對耐鹽堿性狀進行一定的加權(quán)，制定多性狀綜合選擇指數(shù)，據(jù)此評估和選擇優(yōu)秀的留種親本，可加快育種進程。